芯耀
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引言
在碳化硅襯底厚度測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量探頭溫漂是影響測(cè)量準(zhǔn)確性的重要因素。深入剖析其誤差機(jī)理并研究有效的補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)提升碳化硅襯底厚度測(cè)量精度、保障半導(dǎo)體器件制造質(zhì)量具有關(guān)鍵意義。
誤差機(jī)理
材料熱膨脹導(dǎo)致探頭結(jié)構(gòu)變化
測(cè)量探頭內(nèi)部包含多種材料部件，如金屬、陶瓷等。不同材料的熱膨脹系數(shù)各異，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，各部件會(huì)因熱膨脹程度不同產(chǎn)生相對(duì)位移 。例如，探頭的金屬外殼與陶瓷傳感器基座熱膨脹系數(shù)存在差異，溫度升高時(shí)，金屬外殼膨脹幅度大于陶瓷基座，會(huì)擠壓傳感器，改變傳感器的初始位置與測(cè)量姿態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量碳化硅襯底厚度時(shí)出現(xiàn)誤差 。這種結(jié)構(gòu)變化不僅影響探頭的線性度，還會(huì)使測(cè)量基準(zhǔn)發(fā)生偏移，造成測(cè)量值偏離實(shí)際厚度。
傳感器性能隨溫度波動(dòng)
探頭內(nèi)的傳感器（如電容式、電感式傳感器）性能會(huì)受溫度影響 。以電容式傳感器為例，其電容值與極板間距、介電常數(shù)等參數(shù)相關(guān)，溫度變化會(huì)使極板材料熱膨脹，改變極板間距，同時(shí)也會(huì)影響極板間介質(zhì)的介電常數(shù) 。當(dāng)溫度升高，極板間距增大，電容值減小，測(cè)量電路輸出信號(hào)隨之改變，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差 。此外，傳感器內(nèi)部的電子元件，如放大器、濾波器等，其性能參數(shù)（如增益、帶寬）也會(huì)隨溫度波動(dòng)，進(jìn)一步加劇測(cè)量誤差 。
補(bǔ)償技術(shù)
硬件補(bǔ)償
硬件補(bǔ)償可從優(yōu)化探頭結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)兩方面入手 。在探頭結(jié)構(gòu)上，選用熱膨脹系數(shù)相近的材料制作探頭部件，或采用特殊的熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，如雙金屬片補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，利用兩種不同熱膨脹系數(shù)的金屬片組合，當(dāng)溫度變化時(shí)，雙金屬片產(chǎn)生變形，抵消因溫度引起的探頭部件相對(duì)位移 。在電路設(shè)計(jì)中，增加溫度補(bǔ)償電路，如使用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探頭溫度，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)電路計(jì)算對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行修正 。例如，采用負(fù)反饋電路，根據(jù)溫度變化反向調(diào)整電路參數(shù)，補(bǔ)償因溫度引起的傳感器性能變化 。
軟件補(bǔ)償
軟件補(bǔ)償基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型 。通過(guò)在不同溫度條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)碳化硅襯底進(jìn)行多次測(cè)量，記錄溫度與測(cè)量誤差數(shù)據(jù)，利用回歸分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法擬合出溫度與測(cè)量誤差的關(guān)系模型 。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取探頭溫度，代入模型計(jì)算出對(duì)應(yīng)的誤差補(bǔ)償值，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正 。例如，使用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將溫度作為輸入層變量，測(cè)量誤差作為輸出層變量，通過(guò)訓(xùn)練使網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)溫度與誤差之間的復(fù)雜映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)高精度的軟件補(bǔ)償 。
高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)運(yùn)用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準(zhǔn)攻克晶圓/晶片厚度TTV重復(fù)精度不穩(wěn)定難題，重復(fù)精度達(dá)3nm以下。針對(duì)行業(yè)厚度測(cè)量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時(shí)段測(cè)量驗(yàn)證，保障再現(xiàn)精度可靠。?
我們的數(shù)據(jù)和WAFERSIGHT2的數(shù)據(jù)測(cè)量對(duì)比,進(jìn)一步驗(yàn)證了真值的再現(xiàn)性：
（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）
該系統(tǒng)基于第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相較傳統(tǒng)雙探頭對(duì)射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測(cè)量。其創(chuàng)新掃描原理極大提升材料兼容性，從輕摻到重?fù)絇型硅，到碳化硅、藍(lán)寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?
對(duì)重?fù)叫凸?，可精?zhǔn)探測(cè)強(qiáng)吸收晶圓前后表面；?
點(diǎn)掃描第三代掃頻激光技術(shù)，有效抵御光譜串?dāng)_，勝任粗糙晶圓表面測(cè)量；?
通過(guò)偏振效應(yīng)補(bǔ)償，增強(qiáng)低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測(cè)量信噪比；
（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）
支持絕緣體上硅和MEMS多層結(jié)構(gòu)測(cè)量，覆蓋μm級(jí)到數(shù)百μm級(jí)厚度范圍，還可測(cè)量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。
（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）
此外，可調(diào)諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環(huán)境中抗干擾性強(qiáng)，顯著提升重復(fù)測(cè)量穩(wěn)定性。
（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）
系統(tǒng)采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，擺脫傳統(tǒng)SLD光源對(duì)“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的依賴，憑借卓越抗干擾性實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)量需求。運(yùn)動(dòng)控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測(cè)量。
